高纯石墨模具在Al2O3–cBN的放电等离子烧结（SPS）过程中充当核心活性部件。它们具有双重目的：充当机械压力容器以塑造粉末，同时充当电阻加热元件，将电流转化为烧结所需的热能。
通过有效地兼顾炉体和压机的双重作用，石墨模具实现了热场和压力场的同步。这种耦合是实现Al2O3–cBN等复杂复合材料快速固结和高密度形成的关键机制。
模具的双重作用机制
充当电阻加热器
在标准烧结中，热源是外部的。而在SPS中，石墨模具本身就是加热元件。它直接承载电流负荷，通过焦耳加热将脉冲电流转化为热能。
促进热量传递
一旦模具壁内产生热量，石墨优异的导热性将能量直接传递给Al2O3–cBN样品。这确保了材料能够高效地达到所需的烧结温度，即使陶瓷粉末本身的导电性较低。
承受高机械载荷
在产生高热量的同时，模具还必须充当成型容器。它承受显著的轴向力，根据您的具体参数，可承受高达75 MPa的压力。
确保高温结构完整性
该工艺的成功依赖于石墨独特的高温强度。它必须保持其形状和机械强度，在热负荷和施加的物理压力共同作用下不发生变形。
关键相互作用和系统保护
管理化学反应性
虽然模具提供热量和压力，但石墨与Al2O3–cBN粉末的直接接触可能导致不希望发生的化学反应或粘附。为缓解这种情况，通常会插入石墨纸作为衬垫，充当物理屏障和脱模剂。
控制热均匀性
为防止热量通过辐射散失并确保样品整体温度均匀，模具通常会包裹碳毡。这种绝缘材料提高了能源效率，并确保作用在Al2O3–cBN上的热场一致。
为您的目标做出正确选择
## 优化烧结组件
- 如果您的主要重点是快速致密化：确保模具几何形状经过优化，能够承受最大压力（75 MPa），以充分利用同步的热场和压力场。
- 如果您的主要重点是样品纯度和取出：优先使用石墨纸衬垫，以防止Al2O3–cBN与模具壁发生反应或在取出时粘连。
石墨模具不仅仅是一个容器；它是决定整个SPS工艺效率和质量的机电驱动器。
总结表：
| 功能 | 机制 | 益处 |
|---|---|---|
| 电阻加热 | 脉冲电流产生的焦耳热 | 高效、直接的热能转换 |
| 压力容器 | 高达75 MPa的机械载荷 | 复合材料的高密度固结 |
| 热量传递 | 高导热性 | 确保样品整体温度均匀 |
| 结构支撑 | 高温机械强度 | 防止在极端条件下变形 |
| 化学屏障 | 使用石墨纸衬垫 | 防止不必要的反应并确保易于取出 |
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参考文献
- Piotr Klimczyk, Simo‐Pekka Hannula. Al2O3–cBN composites sintered by SPS and HPHT methods. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2016.01.027
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
